一種用于流體檢測(cè)的微流體器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于流體檢測(cè)的微流體器件，該微流體器件包括基材及由上至下依次沉積在該基材上的第三沉淀材料及第四沉淀材料，且該微流體器件上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)單元，該微流體器件的一面具有一個(gè)或多個(gè)凹槽，且在該凹槽內(nèi)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)貫穿該微流體器件的微流通道。
【專利說(shuō)明】—種用于流體檢測(cè)的微流體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種用于流體檢測(cè)的微流體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，大多數(shù)的微流控器件是利用石英，玻璃或高分子聚合物制作的，基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中I為器件上供流體流過(guò)的主通道，2和3為主通道的出口(入口)或入口(出口)，這類器件中，流體只能沿著器件的平面流動(dòng)，無(wú)法沿著垂直于器件平面的方向流動(dòng)。
[0003]同時(shí)，CN101708439及CN101256145中，也公開了一種具有垂直流道的器件結(jié)構(gòu)，然而這些垂直通道均未能達(dá)到貫穿整個(gè)器件的效果。造成這個(gè)問(wèn)題的原因是，傳統(tǒng)的器件制備過(guò)程中，玻璃或石英材料硬度大，熔點(diǎn)高且價(jià)格相對(duì)較高，特別是，由于采用傳統(tǒng)的刻蝕方法，即采用單一的干法刻蝕或濕法刻蝕或者以其中一種為主一種為輔的方法，刻蝕較困難，因此很難形成較深的通道，無(wú)法形成穿通結(jié)構(gòu)。高分子聚合物器件的制作工藝包括熱壓法、模塑法、注塑法、激光燒蝕法，這些工藝很難加工出小尺寸的微細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0004]總之，現(xiàn)有工藝很難加工出理想的微細(xì)結(jié)構(gòu)，無(wú)法在器件表面形成多層材料的堆疊結(jié)構(gòu)(這些結(jié)構(gòu)能夠擴(kuò)展器件的功能)，流體只能沿著器件的平面流動(dòng)，無(wú)法沿著垂直于器件平面的方向(或與器件平面法線成一定角度)流動(dòng)況且加工效率低，成本高，工藝重復(fù)性和一致性差，很難批量生產(chǎn)。
[0005]因此，亟待一種相較傳統(tǒng)刻蝕方法，更新型的穿通刻蝕方法，通過(guò)該方法，可以形成一種新型結(jié)構(gòu)的器件結(jié)構(gòu)，即具有貫穿整個(gè)器件的微流通道的器件結(jié)構(gòu)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的穿通刻蝕方法，能在器件上形成更深的微流通道。本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種具有貫穿整個(gè)器件的微流通道的器件結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型所提供的微流體器件的方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一:向基材表面由上至下依次沉積第一沉淀材料及第二沉淀材料；
[0009]步驟二:利用光刻或蝕刻工藝分別圖形化該第一沉淀材料，及第二沉淀材料，暴露出該基材；
[0010]步驟三:利用光刻或蝕刻工藝圖形化該基材，形成一條或多條凹槽；
[0011]步驟四:利用蝕刻工藝去除基材上的該第一沉淀材料及第二沉淀材料；
[0012]步驟五:向基材表面由上至下依次沉積第三沉淀材料及第四沉淀材料；
[0013]步驟六:利用光刻或蝕刻工藝分別圖形化該第三沉淀材料，及第四沉淀材料，暴露出該凹槽的至少一部分，形成暴露部分；
[0014]步驟七:利用穿通刻蝕工藝，在該暴露部分形成一穿透該基材的一個(gè)或多個(gè)微流通道。
[0015]優(yōu)選地，上述第一，第二，第三，第四沉淀材料選自光刻膠，二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，金屬膜中的一種或多種，上述基材材料選自硅、鍺、砷化鎵、陶瓷、玻璃、高分子聚合材料中的一種或多種。
[0016]優(yōu)選地，穿通刻蝕工藝選自干法刻蝕，濕法刻蝕，激光燒蝕中的一種和多種。最優(yōu)選地，穿通刻蝕工藝為先進(jìn)行干法刻蝕再進(jìn)行超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕或先進(jìn)行超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕再干法刻蝕，即干法刻蝕及超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕相結(jié)合的方法。
[0017]上述激光燒蝕的條件為:選用多頻段脈沖激光刻蝕系統(tǒng)，激光波長(zhǎng)220_550nm，脈寬l_25ns，脈沖能量連續(xù)可調(diào)50-800mJ ;該干法刻蝕的條件為:離子反應(yīng)室內(nèi)壓力大于40mtorr，刻蝕氣體流量400-900sccm，RF能量l_9Kw，時(shí)間10_50min，其中刻蝕氣體包括CF4，CHF3，HBr, SF6等；所述濕法刻蝕的條件:采用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿緩沖腐蝕液，其中腐蝕液包括酸、堿緩或酸堿緩沖液，如鹽酸，硫酸，硝酸，磷酸，氫氟酸，冰乙酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氟化銨等?’溫度20-75°C，時(shí)間20-300min，腐蝕過(guò)程引入超聲波或兆聲波輔助。
[0018]本實(shí)用新型的另一方面在于提供一種用于流體檢測(cè)的微流體器件，該微流體器件包括基材及由上至下依次沉積在該基材上的第三沉淀材料及第四沉淀材料，且該微流體器件上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)單元，該微流體器件的一面具有一個(gè)或多個(gè)凹槽，且在該凹槽內(nèi)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)貫穿該微流體器件的微流通道。
[0019]優(yōu)選地，該微流體器件進(jìn)一步包括連接流道，該凹槽之間通過(guò)該連接流道連通。
[0020]優(yōu)選地，該微流體器件進(jìn)一步包括一平板結(jié)構(gòu)，用于覆蓋該凹槽。
[0021 ] 優(yōu)選地，該基材材料 選自硅、鍺、砷化鎵、陶瓷、玻璃、高分子聚合材料中的一種或多種，該第三，第四沉淀材料選自光刻膠，二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，金屬膜中的一種或多種。
[0022]采用本實(shí)用新型所提供的穿通刻蝕工藝，不同于傳統(tǒng)的刻蝕方法(即采用單一的干法刻蝕或濕法刻蝕或者以其中一種為主另一種輔的刻蝕方法)本實(shí)用新型中兩種刻蝕并重并且將超聲波或兆聲波引入濕法刻蝕并和干法刻蝕相結(jié)合，增強(qiáng)刻蝕速率，達(dá)到刻蝕厚材料至穿通的效果。采用本實(shí)用新型的刻蝕工藝，可將器件特定區(qū)域刻蝕出鏤空的孔洞，從而使本實(shí)用新型的器件上具有各種微細(xì)結(jié)構(gòu)，能夠形成多種薄膜材料的堆疊，能夠和集成電路工藝兼容可以大批量產(chǎn)，該器件即具有凹槽可供橫向流通，又具有微流通道可以實(shí)現(xiàn)縱向流通，且凹槽間具有連接通道，實(shí)現(xiàn)了凹槽間的流通，這樣有利于器件的封裝和集成，特別是器件的倒裝和堆疊，能夠組建功能強(qiáng)大的分析檢測(cè)系統(tǒng)，能夠更好的用于生化分析和疾病檢測(cè)，能夠大大提高分析檢測(cè)的效率、靈敏度和特異性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2a為本實(shí)用新型器件結(jié)構(gòu)一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2b為本實(shí)用新型器件結(jié)構(gòu)一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2c為本實(shí)用新型器件結(jié)構(gòu)一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為圖2a中器件結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0028]圖4a_4f為制備本實(shí)用新型器件的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。
[0030]參閱圖2a及圖3，為本實(shí)用新型器件結(jié)構(gòu)一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該器件201包括基材208及由上至下依次沉積在該基材上的第三沉淀材料206及第四沉淀材料207，且該微流體器件上設(shè)置有三個(gè)檢測(cè)單元202a，202b, 202c，該微流體器件的一面具有一個(gè)凹槽203，該凹槽203為一通槽結(jié)構(gòu)，貫穿器件201的上下兩端，且在該凹槽內(nèi)設(shè)置有一個(gè)貫穿該微流體器件的微流通道204。其中，流體的流動(dòng)方式如圖2a中箭頭所示方向，流體流入凹槽203中，經(jīng)過(guò)微流通道204時(shí)，部分流體流入微流通道204，部分則繼續(xù)沿著凹槽203流動(dòng)。
[0031]其中，該第三，第四沉淀材料206及207選自光刻膠，二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，金屬膜中的一種或多種。優(yōu)選地，該基材208的材料選自硅、鍺、砷化鎵、陶瓷、玻璃、高分子聚合材料中的一種或多種。
[0032]其中，檢測(cè)單元202b可為流體表面電荷檢測(cè)單元或流體表面張力檢測(cè)單元等這些需接觸流體才能進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)單元，而檢測(cè)單元202a及202c則可為流體熱學(xué)檢測(cè)單元或流體輻射性能檢測(cè)單元這些不需接觸流體也可進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易理解的是，本實(shí)用新型中的器件，可通過(guò)任意設(shè)置不同功能的檢測(cè)單元，從而檢測(cè)流過(guò)的流體的各種性質(zhì)包括但不僅限于電學(xué)，磁學(xué)，電磁學(xué)，熱學(xué)，光學(xué)，光電學(xué)，聲學(xué)，生物學(xué)，化學(xué)，機(jī)電學(xué)，電化學(xué)，電光學(xué)，電學(xué)，電化學(xué)機(jī)械，生物化學(xué)，生物力學(xué)，生物電磁學(xué)，生物光學(xué)，生物熱學(xué)，生物物理學(xué)，生物電力學(xué)，生物電化學(xué)，生物電光學(xué)，生物電熱學(xué)，生物機(jī)械光學(xué)，生物熱力學(xué)，生物熱光學(xué)，生物電化學(xué)光學(xué)，生物機(jī)電光學(xué)，生物電熱光學(xué)，生物電化力學(xué)，物理學(xué)或力學(xué)性質(zhì)，或它們的組合。
[0033]其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可輕易理解的是，如器件201中包括復(fù)數(shù)個(gè)凹槽203，且為了實(shí)現(xiàn)凹槽203的連通，可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)連接流道(圖中未示出)。
[0034]參閱圖2b，為本實(shí)用新型器件結(jié)構(gòu)另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該器件201中，設(shè)有凹槽203，且區(qū)別與圖2a中的器件結(jié)構(gòu)，該凹槽203并非為通槽結(jié)構(gòu)，并不貫穿器件201的上下兩端，在該凹槽203中，設(shè)置有兩個(gè)貫穿該微流體器件的微流通道204。其中，流體的流動(dòng)方式如圖2b中箭頭所示方向，流體通過(guò)其中一個(gè)微流通道204流入凹槽203中，隨后，部分流體通過(guò)另一微流通道204流出器件201。
[0035]且優(yōu)選地，如圖2c所示，微流體器件進(jìn)一步包括一平板結(jié)構(gòu)205，用于覆蓋凹槽203。其中流體的流動(dòng)方式如圖2c中箭頭所示方向，通過(guò)微型泵等驅(qū)動(dòng)裝置，流體通過(guò)其中一個(gè)微流通道204流入凹槽203中，隨后，部分流體通過(guò)另一微流通道204流出器件201。通過(guò)添加平板結(jié)構(gòu)205，一方面可以用于封閉通道，另一方面，通過(guò)該平板結(jié)構(gòu)，可以作為一擴(kuò)展平臺(tái)，擴(kuò)展器件的功能，例如該器件可以為一電路板結(jié)構(gòu)，該電路板上包括各種電路(微傳感器，邏輯電路、通訊電路、I/O 口等)，可以擴(kuò)展檢測(cè)功能，又例如，該平板也可以是一個(gè)圖像傳感器(CMOS或CIS)，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)通道內(nèi)。該平板結(jié)構(gòu)的材料可以是導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料、陶瓷、玻璃、聚合物等，平板可以透明或不透明的，平板和器件的組合方法包括但不僅限于物理學(xué)，化學(xué)，生物學(xué)方法。
[0036]參閱圖4可為制備本實(shí)用新型器件的流程圖，本實(shí)用新型所提供的微流體器件的方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一:如圖4a所示，向基材208表面由上至下依次沉積第一沉淀材料209及第二沉淀材料210 ；
[0038]步驟二:如圖4b及4c所示，利用光刻或蝕刻工藝分別圖形化該第一沉淀材料209，及第二沉淀材料210，暴露出該基材208的表面；
[0039]步驟三:如圖4d所示，利用光刻或蝕刻工藝圖形化該基材，形成一條凹槽203 ；
[0040]步驟四:利用蝕刻工藝去除基材上的該第一沉淀材料及第二沉淀材料(圖中未示出)；
[0041]步驟五及六:如圖4e所示，向基材208表面由上至下依次沉積第三沉淀材料206及第四沉淀材料207 ;利用光刻或蝕刻工藝分別圖形化該第三沉淀材料206，及第四沉淀材料207，暴露出該凹槽203的至少一部分，形成暴露部分211 ；
[0042]步驟七:如圖4f所示，利用穿通刻蝕工藝,在該暴露部分211形成一穿透該基材的一個(gè)微流通道204。
[0043]優(yōu)選地，上述第一，第二，第三，第四沉淀材料選自光刻膠，二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，金屬膜中的一種或多種，上述基材材料選自硅、鍺、砷化鎵、陶瓷、玻璃、高分子聚合材料中的一種或多種。
[0044]優(yōu)選地，穿通刻蝕工藝選自干法刻蝕，濕法刻蝕，激光燒蝕中的一種和多種。最優(yōu)選地，穿通刻蝕工藝為先進(jìn)行干法刻蝕再進(jìn)行超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕或先進(jìn)行超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕再干法刻蝕，即干法刻蝕及超聲波或兆聲波增強(qiáng)的濕法刻蝕相結(jié)合的方法。
[0045]上述激光燒蝕的條件為:選用多頻段脈沖激光刻蝕系統(tǒng)，激光波長(zhǎng)220_550nm，脈寬l_25ns，脈沖能量連續(xù)可調(diào)50-800mJ ;該干法刻蝕的條件為:離子反應(yīng)室內(nèi)壓力大于40mtorr,刻蝕氣體流量400-900sccm, RF能量l_9Kw,時(shí)間10_50min ;所述濕法刻蝕的條件:采用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿緩沖腐蝕液，溫度20-75°C，時(shí)間20-300min，腐蝕過(guò)程引入超聲波或兆聲波輔助，其中輔助使用的超聲波頻率范圍通常為15至200KHZ，輔助使用的兆聲波頻率范圍通常為800至IOOOKHz。
[0046]—般來(lái)說(shuō)，光刻是一種對(duì)襯底及襯底上所淀積材料進(jìn)行圖形化的一種工藝技術(shù)，包括襯底清洗烘干、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘等工序，各工序參數(shù)范圍是:涂膠機(jī)轉(zhuǎn)速 500-5000r/min ;軟烘 l_40min，50_90°C ;曝光時(shí)間 3s_60s ;后烘，50_90°C，顯影20s-25min ;硬烘，70_140°C，10_60min。刻蝕是利用腐蝕性液體或等離子體去除特定材料的部分或全部的一種工藝，其中腐蝕液包括酸、堿緩或酸堿緩沖液，如鹽酸，硫酸，硝酸，磷酸，氫氟酸，冰乙酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氟化銨等；用于產(chǎn)生等離子體的氣體包括CF4, CHF3, HBr，SF6 等。
[0047]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易理解的是，前述光刻或蝕刻工藝為本領(lǐng)域常見的制備工藝，具體包括襯底清洗烘干、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、濕法腐蝕、干法刻蝕、去膠等工序。采用的條件也為現(xiàn)有技術(shù)中常見的工藝條件，例如:涂膠機(jī)轉(zhuǎn)速500-5000r/min ;軟烘 l_40min，50_90°C;曝光時(shí)間 3s_60s ;后烘，50_90°C，顯影 20s_25min ；硬烘，70-140 0C，10-60min。
[0048]采用本實(shí)用新型所提供的穿通刻蝕工藝，可將器件特定區(qū)域刻蝕出鏤空的孔洞，從而使本實(shí)用新型的器件上具有各種微細(xì)結(jié)構(gòu)，能夠形成多種薄膜材料的堆疊，能夠和集成電路工藝兼容可以大批量產(chǎn)，該器件即具有凹槽可供橫向流通，又具有微流通道可以實(shí)現(xiàn)縱向流通，且凹槽間具有連接通道，實(shí)現(xiàn)了凹槽間的流通，這樣有利于器件的封裝和集成，特別是器件的倒裝和堆疊，能夠組建功能強(qiáng)大的分析檢測(cè)系統(tǒng)，能夠更好的用于生化分析和疾病檢測(cè)，能夠大大提高分析檢測(cè)的效率、靈敏度和特異性。
[0049]應(yīng)當(dāng)注意的是，本實(shí)用新型的實(shí)施例有較佳的實(shí)施性，且并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式的限制，任何熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容變更或修飾為等同的有效實(shí)施例，但凡未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于流體檢測(cè)的微流體器件，所述微流體器件包括基材及由上至下依次沉積在所述基材上的第三沉淀材料及第四沉淀材料，且所述微流體器件上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)單元，其特征在于，所述微流體器件的一面具有一個(gè)或多個(gè)凹槽，且在所述凹槽內(nèi)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)貫穿所述微流體器件的微流通道。
2.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其特征在于，所述微流體器件進(jìn)一步包括連接流道，所述凹槽之間通過(guò)所述連接流道連通。
3.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其特征在于，所述微流體器件進(jìn)一步包括一平板結(jié)構(gòu)，用于覆蓋所述凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其特征在于，所述基材材料選自硅、鍺、砷化鎵、陶瓷、玻璃、高分子聚合材料中的一種，所述第三，第四沉淀材料選自光刻膠，二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，金屬膜中的一種。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK203379901SQ201320266356
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】杜學(xué)東, 婁達(dá) 申請(qǐng)人:昌微系統(tǒng)科技(上海)有限公司